Un composto chimico utile alla nostra esistenza
È il nitrato d’ammonio, utilizzato in agricoltura come fertilizzante. Una sostanza che ha reso coltivabili molti terreni privi di nutrienti naturali, permettendo così di sconfiggere le carestie. A parlare di questa molecola, ricordando i chimici che l’hanno messa a punto, i vantaggi che ha portato, ma anche l’utilizzo che ne è stato fatto per finalità belliche sono Lidia Armelao, direttrice del Dipartimento scienze chimiche e tecnologie dei materiali e Matteo Guidotti dell’Istituto di scienze e tecnologie chimiche “Giulio Natta” del Cnr
Sono molte le sostanze che hanno cambiato la nostra vita, dall’acido acetilsalicilico, principio attivo dell’aspirina, efficace nel combattere febbre e dolori, al cloro, che rende potabili le acque, permettendo così di salvare molte vite. Tra le molecole che hanno avuto un ruolo determinate nel rendere migliore la nostra esistenza va ricordato il nitrato d’ammonio, il cui utilizzo in campo agricolo ha permesso di contrastare le carestie - eventi drammatici che in passato colpivano periodicamente il pianeta - consentendo un forte aumento della popolazione mondiale, passata dai 2,5 miliardi del 1950 agli 8 miliardi di oggi.
“I circa 50 milioni di tonnellate di nitrato d’ammonio che vengono prodotti annualmente nel mondo trovano impiego come fertilizzante per l’agricoltura, fornendo alle colture l’azoto di cui tutti i vegetali hanno bisogno per la loro crescita”, spiega Lidia Armelao direttrice del Dipartimento scienze chimiche e tecnologie dei materiali (Dsctm) del Cnr. “Sebbene, infatti, la nostra atmosfera contenga quasi l’80% di azoto, questa forma dell’elemento non è direttamente utilizzabile dalle piante ed è quindi necessario ‘farla passare’ nel terreno e renderla così disponibile per le colture agricole tramite alcuni batteri azotofissatori, naturalmente presenti nei suoli, oppure aggiungendola artificialmente ai terreni, grazie a fertilizzanti ricchi di azoto”.
Artefici di questa rivoluzione, che ha permesso all’umanità di non subire le altalenanti condizioni meteoclimatiche responsabili di carenze alimentari, sono stati tre chimici tedeschi premi Nobel: Fritz Haber, premiato nel 1918 per la sintesi dell'ammoniaca dai suoi elementi; Carl Bosch, che ha ottenuto il riconoscimento nel 1931 per lo sviluppo di metodi ad alta pressione per la produzione chimica; Wilhelm Ostwald, che lo ha conquistato nel 1909 per gli studi nel campo della catalisi, tra i quali l’aver messo a punto una sintesi estremamente efficiente di acido nitrico dall’ammoniaca.
“Haber già nel 1909 aveva brevettato il processo che consente ancora oggi di ottenere ammoniaca gassosa da azoto atmosferico e da idrogeno - anche allora, come oggi, ottenuto in gran parte dal metano e da altri idrocarburi fossili -, che è stato poi perfezionato nel 1913 da Bosch”, chiarisce Matteo Guidotti dell’Istituto di scienze e tecnologie chimiche (Scitec) “Giulio Natta” del Cnr.
“Nel processo, chiamato Haber-Bosch, un catalizzatore a base di ferro rende possibile la combinazione efficace di azoto e idrogeno per produrre ammoniaca, operando ad alte pressioni (150-300 bar) e ad alte temperature, superiori a 400°C. Si realizza così nel reattore chimico la ‘fissazione’ dell’azoto atmosferico, replicando in condizioni industriali quanto i batteri del suolo sono in grado di fare, lentamente ma efficacemente, in condizioni molto più blande. Abbinando la sintesi di Haber-Bosch al processo Ostwald si ottiene, con prestazioni ancora oggi insuperate, l’acido nitrico, disponendo dei due precursori necessari per ottenere il nitrato d’ammonio”, aggiunge Armelao.
Poter disporre in grandi quantità di ammoniaca, acido nitrico e nitrato d’ammonio non ha avuto però solo ricadute positive, queste sostanze sono infatti state utilizzate anche per produrre esplosivi per scopi militari. “La superiorità tecnologica dell’industria chimica tedesca permise all’Impero germanico di lanciarsi nel 1914 nella tragedia della Prima guerra mondiale, con armi ed esplosivi prodotti nei grandi impianti chimici sorti soprattutto sul Reno, a Ludwigshafen, senza fare uso dei minerali ricchi di nitrati che venivano estratti nel lontano Cile e che, fino ad allora, erano stati una materia prima strategica per lo sviluppo degli arsenali europei, ma di problematico reperimento”, precisa Guidotti.
Il nitrato d’ammonio continua a essere un prodotto fondamentale per l’industria chimica a livello mondiale, rendendo coltivabili numerose aree della Terra che altrimenti non sarebbero tali, essendo prive di nutrienti presenti in modo naturale. “La presenza di azoto proveniente dal processo Haber-Bosch è ormai da oltre un secolo così rilevante in tutta la nostra catena alimentare che un recente studio di chimica agronomica ha stimato che circa l’80% dell’azoto presente oggi nei tessuti di un essere umano derivi dall’azoto atmosferico fissato artificialmente tramite il processo Haber-Bosch. Questo sale trova molteplici applicazioni anche come ingrediente di esplosivi per l’industria mineraria, per l’edilizia e per l’ingegneria civile”, aggiunge il ricercatore del Cnr-Scitec.
Sono numerose dunque le ragioni che rendono il nitrato d’ammonio di estrema importanza nella storia dell’umanità dell’ultimo secolo. “Questo composto chimico è un chiaro esempio dell’enorme potenziale che le scienze e tecnologie chimiche mettono a disposizione del genere umano. Esse permettono di sviluppare molecole e materiali che possono essere impiegati per scopi utili e positivi. Ma possono trovare applicazione anche eticamente censurabili", conclude la direttrice del Cnr-Dsctm. Sta solo a noi determinare in assoluta autonomia la finalità delle nostre azioni e, quindi, decidere che uso voler fare delle eccezionali conquiste del sapere umano”.
Fonte: Lidia Armelao, Dipartimento scienze chimiche e tecnologie dei materiali, direttore.dsctm@cnr.it; Matteo Guidotti, Istituto di scienze e tecnologie chimiche “Giulio Natta”, matteo.guidotti@scitec.cnr.it